(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光、第２の光、第３の光及び第４の光をそれぞれ発する第１の光源、第２の光源、第３の光源及び第４の光源と、
前記第１、第２、第３及び第４の光源からの前記第１、第２、第３及び第４の光を互いに異なる入射領域から入射させ、前記第１及び第２の光源からの前記第１及び第２の光の偏光方向を第１の偏光方向に揃えて射出し、かつ前記第３及び第４の光源からの前記第３及び第４の光の偏光方向を前記第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換光学系と、
第１の画像変調素子及び第２の画像変調素子と、
前記第１の偏光方向を有する前記第１及び第２の光を前記第１の画像変調素子に導き、前記第２の偏光方向を有する前記第３及び第４の光を前記第２の画像変調素子に導く導光光学系と、
前記第１及び第２の画像変調素子からの前記第１、第２、第３及び第４の光を被投射面に投射する投射光学系と、
前記第１、第２、第３及び第４の光源と前記第１及び第２の画像変調素子を駆動する駆動手段とを有し、
前記駆動手段は、前記第１及び第２の光源を交互に発光させるとともに前記第１の画像変調素子を前記第１の光を変調する状態と前記第２の光を変調する状態とに交互に切り換え、前記第３及び第４の光源を交互に発光させるとともに前記第２の画像変調素子を前記第３の光を変調する状態と前記第４の光を変調する状態とに交互に切り換えることを特徴とする画像投射装置。
【請求項２】
前記偏光変換光学系は、
前記第１の偏光方向の前記第１の光と前記第２の偏光方向の前記第３の光とを第１の開口部から射出させ、
前記第１の偏光方向の前記第２の光と前記第２の偏光方向の前記第４の光とを前記第１の開口部とは異なる第２の開口部から射出させることを特徴とする請求項１に記載の画像投射装置。
【請求項３】
前記第１の光源が配列された面と前記第３の光源が配列された面とが互いに直交し、前記第２の光源が配列された面と前記第４の光源が配列された面とが互いに直交すること特徴とする請求項１又は２に記載の画像投射装置。
【請求項４】
前記偏光変換光学系は、
前記第１、第２、第３及び第４の光をその偏光方向に応じて反射又は透過する、該偏光変換光学系における互いに異なる領域に互いに直交する方向に延びるように配置された第１の偏光分離面及び第２の偏光分離面と、
前記第１、第２、第３及び第４の光をその波長帯域に応じて反射する波長選択性反射素子であって、前記第１の偏光分離面と前記第１の光源との間に配置された第１の波長選択性反射素子、前記第２の偏光分離面と前記第２の光源との間に配置された第２の波長選択性反射素子、前記第２の偏光分離面と前記第３の光源との間に配置された第３の波長選択性反射素子、及び前記第１の偏光分離面と前記第４の光源との間に配置された第４の波長選択性反射素子と、
前記第１及び第２の偏光分離面と前記第１、第２、第３及び第４の波長選択性反射素子との間に配置された位相板とを含むことを特徴する請求項１から３のいずれか１つに記載の画像投射装置。
【請求項５】
前記偏光変換光学系において、
前記第１の光のうち前記第１の偏光方向を有する光は、前記第１の偏光分離面を透過して該偏光変換光学系から射出し、
該第１の光のうち前記第２の偏光方向を有する光は、前記第１及び第２の偏光分離面で反射され、前記位相板を透過し、前記第２の波長選択性反射素子により反射された後、再び前記位相板を透過して前記第１の偏光方向を有する光に変換され、前記第２の偏光分離面を透過して該偏光変換光学系から射出し、
前記第２の光のうち前記第１の偏光方向を有する光は、前記第２の偏光分離面を透過して該偏光変換光学系から射出し、
該第２の光のうち前記第２の偏光方向を有する光は、前記第２及び第１の偏光分離面で反射され、前記位相板を透過し、前記第１の波長選択性反射素子により反射された後、再び前記位相板を透過して前記第１の偏光方向を有する光に変換され、前記第１の偏光分離面を透過して該偏光変換光学系から射出し、
前記第３の光のうち前記第１の偏光方向を有する光は、前記第２及び第１の偏光分離面を透過し、前記位相板を透過し、前記第４の波長選択性反射素子で反射された後、再び前記位相板を透過して前記第２の偏光方向を有する光に変換され、前記第１の偏光分離面で反射されて該偏光変換光学系から射出し、
該第３の光のうち前記第２の偏光方向を有する光は、前記第２の偏光分離面で反射されて該偏光変換光学系から射出し、
前記第４の光のうち前記第１の偏光方向を有する光は、前記第１及び第２の偏光分離面を透過し、前記位相板を透過し、前記第３の波長選択性反射素子により反射された後、再び位相板を透過して前記第２の偏光方向を有する光に変換され、前記第２の偏光分離面で反射されて該偏光変換光学系から射出し、
該第４の光のうち前記第２の偏光方向を有する光は、前記第１の偏光分離面で反射されて該偏光変換光学系から射出することを特徴とする請求項４に記載の画像投射装置。
【請求項６】
前記第１、第２及び第３の光は、互いに異なる波長帯域の光であり、
前記第１及び第４の光は、互いに同じ波長帯域の光であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の画像投射装置。
【請求項７】
前記第１及び第４の光は、緑の波長帯域の光であることを特徴とする請求項６に記載の画像投射装置。
【請求項８】
前記第１、第２、第３及び第４の光源がそれぞれ、発光ダイオードであることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の画像投射装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１つに記載の画像投射装置と、
該画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有することを特徴とする画像表示システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光源からの光を偏光光に変換する偏光変換光学系を用いたプロジェクタ等の画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を液晶パネル等の画像変調素子（空間光変調素子）により変調し、該変調された光を投射レンズを介してスクリーン等の被投射面に投射する画像投射装置としては、ＲＧＢの３原色に対応した３つの画像変調素子を用いた、いわゆる３板式プロジェクタが多い。ただし、特許文献１にて開示されているように、２枚の液晶パネルを用いた、いわゆる２板式プロジェクタも提案されている。
【０００３】
特許文献１にて開示されているプロジェクタでは、光源から発せられた光から１つの原色成分を時間経過とともに順次取り除く時間的色分離手段を用いて、他の２つの原色成分を取り出す。取り出された２つの原色成分はそれぞれ、対応する液晶パネルへと導かれる。２枚の液晶パネルは、そこに導かれた原色成分に対応する画像変調を行い、変調光を投射レンズを通じてスクリーンに投射する。この構成により、３板式プロジェクタよりも簡易な構成で小型のプロジェクタを実現している。
【０００４】
また、互いに異なる波長帯域の光を発する複数の光源と偏光変換素子とを用いたプロジェクタが、特許文献２，３に開示されている。
【０００５】
特許文献２にて開示されたプロジェクタでは、ＲＧＢの３つの光源（ＬＥＤ）アレイに対して個別に偏光変換素子を設け、該３つのＬＥＤアレイからの発光を順次切り換えることにより、３つの偏光変換素子からの光を１つの液晶パネルに導く。そして、該液晶パネルでの変調光を、投射レンズを介してスクリーンに投射する。また、このプロジェクタでは、ＬＥＤアレイにおける複数のＬＥＤの配置周期と等しい周期で複数の偏光変換セルを配置した偏光変換素子を用いている。複数のＬＥＤから発した光は、偏光変換素子のおよそ半分の開口部分に入射し、各偏光変換セルにて単一の偏光方向を有する直線偏光光に変換されて射出する。
【０００６】
特許文献３にて開示されたプロジェクタでは、ＬＥＤアレイにおける複数のＬＥＤの配置周期に対して、偏光変換素子における複数の偏光変換セルの配置周期を２倍に設定している。複数のＬＥＤから発した光は、偏光変換素子のおよそ全ての開口部分に入射し、開口部分の位置によって偏光方向が異なる光が射出する。ＬＥＤアレイにて隣り合ったＬＥＤからの光はそれぞれ、偏光変換素子から偏光方向が直交するＰ偏光とＳ偏光となって射出する。隣り合ったＬＥＤを交互に点灯させることにより、１つの偏光変換素子からＰ偏光とＳ偏光が交互に射出され、Ｐ偏光用及びＳ偏光用画像変調素子に導かれる。これらの画像変調素子が、Ｐ偏光とＳ偏光の交互入射に同期してＰ偏光用及びＳ偏光用の原画をそれぞれ形成することで、スクリーンに画像が投射される。
【特許文献１】特開２００１−２２８４５５号公報
【特許文献２】特開２００２−２４４２１１号公報
【特許文献３】特開２００４−２０６０４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１にて開示されたプロジェクタでは、光源からの光のうち１つの原色成分を取り除くため、光の利用効率が低く、光源の電力消費も効率的ではない。
【０００８】
また、特許文献２にて開示されたプロジェクタでは、偏光変換素子における偏光変換セルの配置周期がＬＥＤアレイにおけるＬＥＤの配置周期と同じであるため、ＬＥＤアレイの高密度化に限界がある。このため、ＬＥＤの数を増やして高輝度の投射画像を得るためには、ＬＥＤアレイが大型化する。しかも、ＲＧＢのＬＥＤの発光を順次切り換えるため、明るさが減少し、カラーブレイクが発生したりする。
【０００９】
さらに、特許文献３にて開示されたプロジェクタでは、偏光変換素子からＰ偏光とＳ偏光が交互に射出されるため、ＬＥＤの配置周期を偏光変換セルの配置周期の２倍にしても明るさは実質半分となる。また、２つの画像変調素子も交互に動作するため、利用効率が悪い。
【００１０】
本発明は、複数の光源からの光を偏光光に変換する偏光変換光学系を有し、光源からの光や画像変調素子の利用効率が高く、高品位な画像を投射できる小型の画像投射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一側面としての画像投射装置は、第１の光、第２の光、第３の光及び第４の光をそれぞれ発する第１の光源、第２の光源、第３の光源及び第４の光源と、第１、第２、第３及び第４の光源からの第１、第２、第３及び第４の光を互いに異なる入射領域から入射させ、第１及び第２の光源からの第１及び第２の光の偏光方向を第１の偏光方向に揃えて射出し、かつ第３及び第４の光源からの第３及び第４の光の偏光方向を第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向に揃えて射出する偏光変換光学系と、第１の画像変調素子及び第２の画像変調素子と、第１の偏光方向を有する第１及び第２の光を第１の画像変調素子に導き、第２の偏光方向を有する第３及び第４の光を第２の画像変調素子に導く導光光学系と、第１及び第２の画像変調素子からの第１、第２、第３及び第４の光を被投射面に投射する投射光学系と、第１、第２、第３及び第４の光源と第１及び第２の画像変調素子を駆動する駆動手段とを有する。そして、駆動手段は、第１及び第２の光源を交互に発光させるとともに第１の画像変調素子を第１の光を変調する状態と第２の光を変調する状態とに交互に切り換える。また、駆動手段は、第３及び第４の光源を交互に発光させるとともに第２の画像変調素子を第３の光を変調する状態と第４の光を変調する状態とに交互に切り換えることを特徴とする。
【００１２】
なお、上記画像投射装置と、該画像投射装置に画像情報を供給する画像供給装置とを有する画像表示システムも本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、複数の光源からの光や２つの画像変調素子の利用効率が高く、高品位な画像を投射できる小型の画像投射装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好ましい実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１から図６には、本発明の実施例１である液晶プロジェクタ（画像投射装置）の概略的な光学構成を示す。図１は、プロジェクタの光源及偏光変換光学系の構成を示す。なお、本実施例では、３次元空間にｘｙｚ座標系を設定している。ｚ方向は、照明光学系において偏光変換光学系から射出した光が伝播する方向である。また、以下の説明において、Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を示す。
【００１６】
図１において、第１の波長帯域であるＧ帯域の光（第１の光）を発する第１の光源１０１と、第２の波長帯域であるＲ帯域の光（第２の光）を発する第２の光源１０２とが、ｙ方向にて隣り合うように配置されている。また、第３の波長帯域であるＢ帯域の光（第３の光）を発する第３の光源１０３と、第４の波長帯域であるＧ帯域の光（第４の光）を発する第４の光源１０４とが互いに向かい合い、かつ第１及び第２光源１０１，１０２の向きとは直交する向きに配置されている。
【００１７】
本実施例では、第１及び第２４の波長帯域は互いに同じ波長帯域であり、これら第１及び第４の波長帯域に対して、第２及び第３の波長帯域がそれぞれ異なる波長帯域である。ただし、第１及び第４の波長帯域を互い異ならせてもよい。
【００１８】
なお、以下の説明において、Ｒ帯域の光、Ｇ帯域の光及びＢ帯域の光をそれぞれ、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光という。また、第１〜第４の光源１０１〜１０４からのＧ光、Ｒ光、Ｂ光及びＧ光はいずれも、無偏光光である。
【００１９】
１は偏光変換光学系である。偏光変換光学系１は、第１〜第４の光源１０１〜１０４からのＧ光、Ｒ光、Ｂ光及びＧ光を互いに異なる入射領域（後述する波長選択性反射素子、位相板及びプリズムの入射開口部が設けられた領域）から入射させる。そして、偏光変換光学系１は、第１及び第２の光（Ｇ光及びＲ光）の偏光方向を第１の偏光方向であるＰ偏光に揃えて射出し、第３及び第４の光（Ｂ光及びＧ光）の偏光方向を第１の偏光方向とは異なる第２の偏光方向であるＳ偏光に揃えて射出する。
【００２０】
偏光変換光学系１は、Ｇ光、Ｒ光、Ｂ光及びＧ光をその偏光方向に応じて反射又は透過する第１の偏光分離面１３１及び第２の偏光分離面１３２を備えたプリズムを有する。プリズム内において、第１及び第２の偏光分離面１３１，１３２は、互いに異なる（隣り合う）領域に、互いに直交する方向に延びるように配置されている。第１及び第２の偏光分離面１３１，１３２は、互いに交差しない。
【００２１】
該プリズムにおいて、２０１は第１の偏光分離面１３１に対して第１の光源１０１側に形成された第１の入射開口部である。２０２は第２の偏光分離面１３２に対して第２の光源１０２側に形成された第２の入射開口部である。２０３は第２の偏光分離面１３２に対して第３の光源１０３側に形成された第３の入射開口部である。さらに、２０４は第１の偏光分離面１３１に対して第４の光源１０４側に形成された第４の入射開口部である。
【００２２】
プリズムにおいて、２１１は第１の偏光分離面１３１に対して第１の入射開口部２０１側とは反対側に形成された第１の射出開口部である。２１２は第２の偏光分離面１３２に対して第２の入射開口部２０２側とは反対側に形成された第２の射出開口部２１２である。
【００２３】
第１及び第２の偏光分離面１３１，１３２は、Ｐ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｓ偏光に対する透過率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。また、第１及び第２の偏光分離面１３１，１３２は、Ｓ偏光に対する反射率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｐ偏光に対する反射率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。
【００２４】
第１及び第２の偏光分離面１３１，１３２は、ガラスやアクリル製の基板の表面に形成された多層膜又はＷｉｒｅＧｒｉｄにより構成される。また、第１及び第２の偏光分離面１３１，１３２は、第１〜第４の光源１０１〜１０４の射出光軸（図１の左側から右側及び上側から下側に向かう方向）に対して４５度の傾きを有する。
【００２５】
１１１は第１の波長選択性反射素子としての第１のダイクロイックミラーであり、第１の入射開口部２０１に対向するように、第１の偏光分離面１３１と第１の光源１０１との間に配置されている。第１のダイクロイックミラー１１１は、Ｒ光に対する反射率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、他の波長帯域に対する反射率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。
【００２６】
１１２は第２の波長選択性反射素子としての第２のダイクロイックミラーであり、第２の入射開口部２０２に対向するように、第２の偏光分離面１３２と第２の光源１０２との間に配置されている。該第２のダイクロイックミラー１１２は、Ｇ光に対する反射率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、他の波長帯域に対する反射率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。
【００２７】
１１３は第３の波長選択性反射素子としての第３のダイクロイックミラーであり、第３の入射開口部２０３に対向するように、第２の偏光分離面１３２と第３の光源１０３との間に配置されている。第３のダイクロイックミラー１１３は、Ｇ光に対する反射率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、他の波長帯域に対する反射率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。
【００２８】
１１４は第４の波長選択性反射素子としての第４のダイクロイックミラーであり、第４の入射開口部２０４に対向するように、第１の偏光分離面１３１と第４の光源１０４との間に配置されている。第４のダイクロイックミラー１１４は、Ｂ光に対する反射率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、他の波長帯域に対する反射率が０％又はそれに近い（５０％より低い）特性を有する。
【００２９】
１２１は位相板（１／４波長板）であり、第１及び第２の偏光分離面１３１，１３２と各ダイクロイックミラーとの間に配置されている。位相板１２１は、これを１回通過する直線偏光光の偏光方向を４５度回転させる機能を有する。
【００３０】
なお、各光源と偏光変換光学系１との間には、各光源からの光束を平行光束又は偏光分離面１３１，１３２に向かって収束する収束光束に変換する不図示の光学部材を設けることが好ましい。
【００３１】
次に、このように構成された偏光変換光学系１の光学作用について説明する。
【００３２】
第１の光源１０１から発せられたＧ光は、第１のダイクロイックミラー１１１及び位相板１２１を透過してＰ偏光１０１Ｐ及びＳ偏光１０１Ｓとして第１の入射開口部２０１からプリズム内に入射する。Ｐ偏光１０１Ｐは、第１の偏光分離面１３１を透過して第１の射出開口部２１１から射出する。
【００３３】
また、Ｓ偏光１０１Ｓは、第１の偏光分離面１３１で反射された後、第２の偏光分離面１３２で反射され、第２の入射開口部２０２から射出される。さらに、Ｓ偏光１０１Ｓは、位相板１２１を透過した後、第２のダイクロイックミラー１１２により反射され、再び位相板１２１を透過することによりＰ偏光１０１Ｐに変換される。この変換後のＰ偏光１０１Ｐは、第２の入射開口部２０２から再びプリズム内に入射し、第２の偏光分離面１３２を透過し、第２の射出開口部２１２から射出される。
【００３４】
このように、第１の光源１０１から発せられたＧ光は、その偏光方向がＰ偏光の偏光方向に揃えられて（すなわち、Ｐ偏光として）偏光変換光学系１から射出される。
【００３５】
第２の光源１０２から発せられたＲ光は、第２のダイクロイックミラー１１２と位相板１２１を透過してＰ偏光１０２Ｐ及びＳ偏光１０２Ｓとして第２の入射開口部２０２からプリズム内に入射する。Ｐ偏光１０２Ｐは、第２の偏光分離面１３２を透過して第２の射出開口部２１２から射出する。
【００３６】
また、Ｓ偏光１０２Ｓは、第２の偏光分離面１３２で反射された後、第１の偏光分離面１３１で反射され、第１の入射開口部２０１から射出される。さらに、Ｓ偏光１０２Ｓは、位相板１２１を透過した後、第１のダイクロイックミラー１１１により反射され、再び位相板１２１を透過することによりＰ偏光１０２Ｐに変換される。この変換後のＰ偏光１０２Ｐは、第１の入射開口部２０１から再びプリズム内に入射し、第１の偏光分離面１３１を透過して第１の射出開口部２１１から射出される。
【００３７】
このように、第２の光源１０２から発せられたＲ光は、その偏光方向がＰ偏光の偏光方向に揃えられて（すなわち、Ｐ偏光として）偏光変換光学系１から射出される。
【００３８】
第３の光源１０３から発せられたＢ光は、第３のダイクロイックミラー１１３と位相板１２１を透過してＰ偏光１０３Ｐ及びＳ偏光１０３Ｓとして第３の入射開口部２０３からプリズム内に入射する。Ｐ偏光１０３Ｐは、第２の偏光分離面１３２を透過した後、第１の偏光分離面１３１を透過して、第４の入射開口部２０４から射出される。その後、Ｐ偏光１０３Ｐは、位相板１２１を透過し、第４のダイクロイックミラー１１４により反射され、再び位相板１２１を透過することによりＳ偏光１０３Ｓに変換される。この変換後のＳ偏光１０３Ｓは、第４の入射開口部２０４から再びプリズム内に入射し、第１の偏光分離面１３１で反射されて第１の射出開口部２１１から射出される。
【００３９】
また、第３の入射開口部２０３からプリズムに入射したＳ偏光１０３Ｓは、第２の偏光分離面１３２で反射されて第２の射出開口部２１２から射出される。
【００４０】
このように、第３の光源１０３から発せられたＢ光は、その偏光方向がＳ偏光の偏光方向に揃えられて（すなわち、Ｓ偏光として）偏光変換光学系１から射出される。
【００４１】
第４の光源１０４から発せられたＧ光は、第４のダイクロイックミラー１１４と位相板１２１を透過してＰ偏光１０４Ｐ及びＳ偏光１０４Ｓとして第４の入射開口部２０４からプリズム内に入射する。Ｐ偏光１０４Ｐは、第１の偏光分離面１３１を透過した後、第２の偏光分離面１３２を透過して、第３の入射開口部２０３から射出される。その後、Ｐ偏光１０４Ｐは、位相板１２１を透過し、第３のダイクロイックミラー１１３により反射され、再び位相板１２１を透過することによりＳ偏光１０４Ｓに変換される。この変換後のＳ偏光１０４Ｓは、第３の入射開口部２０３から再びプリズム内に入射し、第２の偏光分離面１３２で反射されて第２の射出開口部２１２から射出される。
【００４２】
また、第４の入射開口部２０４からプリズムに入射したＳ偏光１０４Ｓは、第１の偏光分離面１３１で反射されて第１の射出開口部２１１から射出される。
【００４３】
このように、第４の光源１０４から発せられたＧ光は、その偏光方向がＳ偏光の偏光方向に揃えられて（すなわち、Ｓ偏光として）偏光変換光学系１から射出される。
【００４４】
以上説明したように、偏光変換光学系１を通ることにより、第１の光源１０１からのＧ光及び第２の光源１０２からのＲ光はＰ偏光に変換され、第３の光源１０３からのＢ光及び第４の光源１０４からのＧ光はＳ偏光に変換される。
【００４５】
次に、図２〜図４を用いて、第１〜第４の光源１０１〜１０４としての発光素子アレイについて説明する。図２には、第３の光源１０３としての発光素子アレイをｙ方向から見て示している。丸の中に１０３の符号が描かれた部分が個々の発光素子である。このことは、図３及び図４においても同様である。本実施例では、発光素子として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いている。
【００４６】
図３には、第１及び第２の光源１０１，１０２として発光素子アレイをｚ軸方向から見て示している。図４には、第４の光源１０４としての発光素子アレイを−ｙ方向から見て示している。ｘ方向は、図１に示した偏光変換光学系１を１つの偏光変換セルとしたときの偏光変換セルの配列方向である。
【００４７】
第１〜第４の光源１０１〜１０４において、ｘ方向に複数の発光素子をアレイ状に配列することで、偏光変換光学系１からの射出光量を増加させることができる。また、偏光変換光学系１の全射出開口部の形状が、後述する被照明面の形状と相似となることがさらに好ましい。
【００４８】
図５には、偏光変換光学系１を用いたプロジェクタの光学構成を示している。なお、少なくとも偏光変換光学系１から後述するコンデンサレンズ２３までを照明光学系という。ただし、第１〜第４の光源１０１〜１０４や、後述する偏光分離素子３１を照明光学系に含めてもよい。
【００４９】
前述したように、偏光変換光学系１からは、ＧのＰ偏光１０１Ｐ、ＲのＰ偏光１０２Ｐ、ＢのＳ偏光１０３Ｓ及びＧのＳ偏光１０４Ｓが射出する。これらＧ，Ｒ，Ｂ，Ｇの各光束は、第１のフライアイレンズ２１によって複数の光束に分割されるとともに、第２のフライアイレンズ２２の近傍に向けて集光され、ここに光源の像（２次元光源像）を形成する。第１及び第２のフライアイレンズ２１，２２は、複数のレンズセルが２次元方向に配置されて構成されている。各レンズセルは、被照明面である後述する液晶パネル（画像変調素子）と相似の矩形のレンズ形状を有する。
【００５０】
第２のフライアイレンズ２２を透過した複数の分割光束は、コンデンサレンズ２３によって集光され、導光光学系を構成する偏光分離素子（偏光ビームスプリッタ）３１に入射する。
【００５１】
偏光分離素子３１は、その内部に偏光分離面を有し、入射光軸方向（図の左側から右側に向かう方向）に対して４５度の傾きを有する。この偏光分離面は、Ｐ偏光に対する透過率が１００％又はそれに近く（５０％より高く）、Ｓ偏光に対する反射率が１００％又はそれに近い（５０％より高い）特性を有する。偏光分離面は、プリズムの内部に多層膜として形成されている。
【００５２】
コンデンサレンズ２３を透過した複数の分割光束のうちＧのＰ偏光１０１Ｐ及びＲのＰ偏光１０２Ｐは、偏光分離素子３１の偏光分離面を透過してＧ及びＲ帯域用の反射型液晶パネル（第１の画像変調素子：以下、Ｐ液晶パネルという）４１上で重ね合わされる。こうして、該Ｐ液晶パネル４１が照明される。
【００５３】
コンデンサレンズ２３を透過した複数の分割光束のうちＢのＳ偏光１０３Ｓ及びＧのＳ偏光１０４Ｓは、偏光分離素子３１の偏光分離面で反射されてＢ及びＧ帯域用の反射型液晶パネル（第２の画像変調素子：以下、Ｓ液晶パネルという）４２上で重ね合わされる。こうして、該Ｓ液晶パネル４２が照明される。
【００５４】
各液晶パネルは、駆動回路（駆動手段）６に接続されている。プロジェクタの一部である駆動回路６には、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ビデオデッキ、テレビチューナ等の画像供給装置７からの画像情報（画像信号）が入力される。プロジェクタと画像供給装置７とにより画像表示システムが構成される。
【００５５】
駆動回路６は、入力された画像信号のＲ，Ｇ，Ｂ成分に基づいてそれぞれの色に対応する液晶パネル４１，４２を駆動し、原画を形成させる。これにより、各液晶パネルは、各波長帯域の入射光を反射するとともに変調して画像光として射出する。また、駆動回路６は、各光源に接続されており、後述するように各光源を制御する。なお、このような構成は、以下の実施例でも、図示しないが、同じである。
【００５６】
Ｐ液晶パネル４１で画像変調された光は、Ｓ偏光１０１Ｓ，１０２Ｓとしての画像光となって偏光分離素子３１の偏光分離面で反射され、投射レンズ（投射光学系）５によって不図示のスクリーン（被投射面）上に投射される。
【００５７】
また、Ｓ液晶パネル４２で画像変調された光は、Ｐ偏光１０３Ｐ，１０４Ｐとしての画像光となって偏光分離素子３１の偏光分離面を透過し、投射レンズ５によってスクリーン上に投射される。
【００５８】
次に、図６を用いて、本実施例における各光源と各液晶パネルの駆動について説明する。図６には、駆動回路６による該駆動のタイムチャートを示している。
【００５９】
図６において、光源の「Ｏｎ」は該光源が点灯することを示し、「Ｏｆｆ」は該光源が消灯することを示す。また、「液晶パネル入射光」は、各液晶パネルに入射する光の波長帯域と偏光方向を示している。
【００６０】
第１及び第２の光源１０１，１０２は交互に点灯及び消灯する。また、第３及び第４の光源１０３，１０４も交互に点灯及び消灯する。さらに、第１及び第４の光源１０１，１０４は同時に点灯及び消灯し、第２及び第３の光源１０２，１０３も同時に点灯及び消灯する。
【００６１】
このため、Ｐ液晶パネル４１には、ＧのＰ偏光１０１ＰとＲのＰ偏光１０２Ｐとが交互に入射する。そして、これに同期して、Ｐ液晶パネル４１には、Ｇ用原画とＲ用原画が交互に形成される。すなわち、Ｐ液晶パネル４１は、第１の光を変調する状態と第２の光を変調する状態とに交互に切り換えられる。また、Ｓ液晶パネル４２には、ＢのＳ偏光１０３ＳとＧのＳ偏光１０４Ｓとが交互に入射する。そして、これに同期して、Ｓ液晶パネル４２には、Ｂ用原画とＧ用原画が交互に形成される。すなわち、Ｓ液晶パネル４２は、第３の光を変調する状態と第４の光を変調する状態とに交互に切り換えられる。これにより、スクリーンに、ＲＧＢカラー画像が投射される。
【００６２】
Ｇ光成分は、可視波長域の光のおよそ６０〜８０％を占めるため、Ｇ光の投射画像の明るさに対する影響が大きい。本実施例では、Ｇ光がＲ光及びＢ光のそれぞれと比較して２倍の数の光源から得ているため、ＲＧＢの光源を順次点灯する従来のプロジェクタと比較して、投射画像の明るさを向上させることができる。
【００６３】
また、発光素子としてＬＥＤを用いる場合には、本実施例では全ての発光素子が常時点灯せず消灯している時間があるため、ＬＥＤの温度上昇による発光効率の低下を抑制することができる。また、従来では、ＲＧＢの光源を順次点灯するため、カラーブレイクが発生していたが、本実施例では、Ｇ，Ｇの光源とＲ，Ｂの光源を交互に点灯するため、カラーブレイクを減少させることができる。
【実施例２】
【００６４】
図７には、本発明の実施例２であるプロジェクタにおける各光源と各液晶パネルの駆動タイムチャートを示す。
【００６５】
プロジェクタの構成は、実施例１で説明したものと基本的に同じであり、本実施例において実施例１と共通する構成要素には実施例１と同符号を付す。
【００６６】
本実施例でも、第１の光源１０１からＧ光が発せられ、偏光変換光学系１からＧのＰ偏光が射出される。また、第２の光源１０２からＲ光が発せられ、偏光変換光学系１からＲのＰ偏光が射出される。また、第３の光源１０３からＢ光が発せられ、偏光変換光学系１からＢのＳ偏光が射出される。さらに、第４の光源１０４からＧ光が発せられ、偏光変換光学系１からＧのＳ偏光が射出される。
【００６７】
図７において、光源の「Ｏｎ」は該光源が点灯することを示し、「Ｏｆｆ」は該光源が消灯することを示す。また、「液晶パネル入射光」は、各液晶パネルに入射する光の波長帯域と偏光方向を示している。
【００６８】
第１及び第２の光源１０１，１０２は交互に点灯及び消灯する。また、第３及び第４の光源１０３，１０４も交互に点灯及び消灯する。さらに、第１及び第３の光源１０１，１０３は同時に点灯及び消灯し、第２及び第４の光源１０２，１０４も同時に点灯及び消灯する。
【００６９】
このため、Ｐ液晶パネル４１には、ＧのＰ偏光１０１ＰとＲのＰ偏光１０２Ｐとが交互に入射する。そして、これに同期して、Ｐ液晶パネル４１には、Ｇ用原画とＲ用原画が交互に形成される。また、Ｓ液晶パネル４２には、ＢのＳ偏光１０３ＳとＧのＳ偏光１０４Ｓとが交互に入射する。そして、これに同期して、Ｓ液晶パネル４２には、Ｂ用原画とＧ用原画が交互に形成される。これにより、スクリーンに、ＲＧＢカラー画像が投射される。
【００７０】
実施例１でも説明したように、Ｇ光の投射画像の明るさへの影響が大きい。本実施例では、常に２つのＧ光源１０１，１０４のうちどちらかを点灯させているため、ＲＧＢの光源を順次点灯する従来のプロジェクタと比較して、投射画像の明るさを向上させることができる。
【００７１】
また、従来のプロジェクタではＲＧＢの光源を順次点灯させるためカラーブレイクが発生するが、本実施例では、常に２つのＧ光源１０１，１０４のうち一方が点灯しているため、カラーブレイクを減少させることができる。
【００７２】
上記各実施例によれば、複数の光源１０１〜１０４からの光を偏光光に変換する偏光変換光学系１を有し、各光源からの光や液晶パネル４１，４２の利用効率が高く、明るくカラーブレイクが少ない高品位な画像を投射する小型のプロジェクタを実現できる。
【００７３】
なお、上記各実施例において、図２〜図４に示した発光素子アレイでは、ｘ方向に同一の波長帯域の発光素子が配列されているが、ｘ方向に配列される発光素子は必ずしも同一の波長帯域のものでなくともよい。
【００７４】
また、上記各実施例では、第４の光源１０４として第１の光源１０１と同じＧ光を発する光源を用いているが、ダイクロイックミラーの特性を適宜変更することで、第４の光源１０４として、シアン等、Ｇ以外の波長帯域の光源を用い、Ｓ偏光を射出させてもよい。
【００７５】
また、上記各実施例では、第１の波長帯域をＧとし、第２の波長帯域をＲとし、第３の波長帯域をＢとし、第４の波長帯域をＧとしているが、本発明はこれに限定するものではない。ダイクロイックミラーの特性を適宜変更することで、様々な波長帯域を用いることができる。
【００７６】
また、上記各実施例では、各光源を複数のＬＥＤをアレイ状に配置して構成した場合について説明したが、光源として単一のＬＥＤや、単一又は複数のレーザダイオードや有機エレクトロルミネッセンス素子を用いて各光源を構成してもよい。
【００７７】
また、上記各実施例において、Ｂ光、Ｒ光及びＧ光を互いに入れ替えることもできる。ただし、白色を得るためには、Ｇ光成分を可視波長域の光のおよそ６０〜８０％を占めるようにする必要があるため、ＢとＲの光源よりもＧの光源の数を多くした方が好ましい。
【００７８】
さらに、偏光分離素子としては、上述したようにプリズム内部に多層膜を形成したものがよく知られているが、構造複屈折を利用した偏光分離素子を使用してもよい。構造複屈折を利用した偏光分離素子は、入射角度範囲が多層膜を用いた偏光分離素子よりも広いため、漏れ光が少なく、コントラストを向上させることができる。
【００７９】
また、上記各実施例では、画像変調素子として反射型液晶パネルを用いる場合について説明したが、本発明では、他の画像変調素子として、透過型液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を用いてもよい。
【００８０】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施例１であるプロジェクタに用いられる光源及び偏光変換光学系の構成を示す図。
【図２】実施例１における第３の光源の構成を示す図。
【図３】実施例１における第１及び第２の光源の構成を示す図。
【図４】実施例１における第４の光源の構成を示す図。
【図５】実施例１のプロジェクタの光学構成を示す図。
【図６】実施例１における各光源と各液晶パネルの駆動タイムチャート。
【図７】本発明の実施例２であるプロジェクタにおける各光源と各液晶パネルの駆動タイムチャート。
【符号の説明】
【００８２】
１  偏光変換光学系
５  投射レンズ
6  駆動回路
２１、２２  フライアイレンズ
２３  コンデンサレンズ
３１  偏光分離素子
４１、４２  反射型液晶パネル
１０１、１０２、１０３、１０４  光源
１１１、１１２、１１３、１１４  波長選択性反射素子（ダイクロイックミラー）
１２１  位相板
１３１、１３２  偏光分離面
２０１、２０２、２０３、２０４  入射開口部
２１１、２１２  射出開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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